تاثير فناوري نانو بر معادلات انرژي

خلاصه :
شركت Nano Markets، بر اين اعتقاد است كه هم اكنون فناوري‌نانو تمام فناوري‌هاي انرژي كنوني را تحت تأثير قرار داده و تغيير شگرفي در تصور ما از دنياي انرژي ايجاد خواهد كرد. براي آنها كه به منابع انرژي قابل اطمينان دسترسي ندارند، راه حل‌هاي جديد مهندسي نانو كمك شاياني است تا كيفيت زندگي آنان را بهبود بخشد. فناوري‌نانو براي آنها كه از ناكارآمدي ذخيره، توليد و تبديل انرژي رنج مي‌برند منابع انرژي جديدي فراهم آورده و علاوه بر آن، هزينه توليد هر كيلووات انرژي را هم كاهش داده و يا حداقل به بهبود كيفيت توليد آن كمك خواهد كرد.

شركت Nano Markets، بر اين اعتقاد است كه هم اكنون فناوري‌نانو تمام فناوري‌هاي انرژي كنوني را تحت تأثير قرار داده و تغيير شگرفي در تصور ما از دنياي انرژي ايجاد خواهد كرد. براي آنها كه به منابع انرژي قابل اطمينان دسترسي ندارند، راه حل‌هاي جديد مهندسي نانو كمك شاياني است تا كيفيت زندگي آنان را بهبود بخشد. فناوري‌نانو براي آنها كه از ناكارآمدي ذخيره، توليد و تبديل انرژي رنج مي‌برند منابع انرژي جديدي فراهم آورده و علاوه بر آن، هزينه توليد هر كيلووات انرژي را هم كاهش داده و يا حداقل به بهبود كيفيت توليد آن كمك خواهد كرد.

براي سرمايه گذاراني كه به بازار انرژي‌هاي جايگزين علاقه دارند، فناوري نانو گزينه مناسبي است و فرصت‌هايي را براي آنها ايجاد مي‌كند. البته در اين زمينه خطرپذيري‌هايي كه در بازار تمام فناوري‌هاي نوظهور بايد متحمل شد را نبايد از نظر دور داشت.

در اين گزارش به مرور راه‌هاي مختلف تأثير فناوري ‌نانو بر صنعت (راه‌هاي کنوني و آينده) مي‌پردازيم.
سوخت‌هاي فسيلي و نانوكاتاليزورها

علي‌رغم تمام جنجال‌هايي كه در مورد منابع انرژي جايگزين وجود دارد، بايد گفت در واقع هيچ كس قاطعانه در مورد اينكه به زودي وابستگي ما به انرژي‌هاي فسيلي قطع خواهد شد قاطعانه اظهار نظري نكرده است؛ اما در عين حال اين حرف به معناي آن نيست كه ميزان وابستگي فعلي دنيا به نفت اوپك هم همچنان در همين سطح باقي بماند. ضمن آنكه هنوز منابع گاز طبيعي و حتي زغال سنگ فراواني پيرامون ما وجود دارد.

همان طور كه مي‌دانيم از دهه ۱۹۲۰ به اين طرف با استفاده از روش فيشر – تروپس (Fischer Tropsch) امكان توليد سوخت‌هاي هيدروكربني مايع چه از زغال سنگ و چه از گاز فراهم شده بود اما با بالا رفتن قيمت نفت، نوع تميزي از اين سوخت ديزلي( گازوئيل) به طور تجاري توليد شد و اخيراً چنين با استفاده از نانو‌فناوري گام‌هايي در اين زمينه برداشته است. انتظار مي‌رود پروژة ۲ ميليارد دلاري مايع سازي ذغال سنگ شنهوان(Shenhuan) كه ازفناوري ‌نانوكاتاليزوري آمريكا استفاده مي‌كند بتوانند به عنوان يك روش اقتصادي قابل رقابت با ديگر روش‌ها در توليد سوخت مطرح شود.

تأثير كليدي فناوري ‌نانو در اين بخش از انرژي، بهبود كارآمدي واكنش‌ها و كنترل فرآيندها به شيوه نانوساختارسازي مي‌باشد. به اين ترتيب به ازاي يك حجم معين، سطح بيشتري در معرض كاتاليزوري كه روي آن ريخته شده قرار مي‌گيرد در نتيجه باعث افزايش سرعت واكنش‌ها مي‌گردد. البته اين كار به اين سادگي هم نيست و لازم است مواد واكنش گر با سرعت مناسب، خود را به سايت‌هاي کاتاليزوري برسانند. انجام اين كار متضمن آن است كه ساختارهاي ما داراي تركيبي از مقياس‌ها باشد. اما ايجاد چنين ساختارهاي بزرگ و مجتمعي آن هم به شيوه از پايين به بالا (bottom up) كاري است كه تنها در حوزة‌ فناوري نانو قابل انجام است.

سيستم‌هاي احتراقي پيشرفته و پيل‌هاي سوختي
اخيراً پيشرفت‌هاي بسياري از ساخت و توسعه ميني‌توربين‌ها (mini-

urbines) با استفاده از همان اصول و قوانين نيروگاه‌هاي بزرگ در مقياس كوچك‌تر مشاهده شده است؛ لذا تأثير فناوري نانو بر چنين فناوري جا افتاده‌اي يك تأثير متحول كننده نخواهد بود اما قطعاً كاربردهايي از فلزها، سراميك‌ها و كامپوزيت‌هاي نانوبلوري را در اين زمينه مي‌توان يافت كه موجب بهبود پارامترهايي از جمله زمان عمر قطعات خواهند شد.

اين سيستم‌ها مستقيماً با پيل‌هاي سوختي بزرگ‌تر براي استفاده‌هاي صنعتي كوچك مقياس (S

mal Scale) رقابت مي‌كند. به طور كلي مي‌توان گفت پيل‌هاي سوختي از چند طريق تحت تأثير فناوري نانو قرار دارند. به عنوان مثال استفاده از فولرين در اين پيل‌ها جايگزين پليمرهاي بزرگي شده است كه در غشاهاي الكتروليتي به كار مي‌روند و به اين ترتيب امكان كار پيل سوختي حتي در دماهاي پايين تر هم فراهم شده‌است . همچنين از فولرين‌ها در غشاهاي مبادله پروتون(Proton exchange membrane) براي كمك به حركت پروتون ها استفاده مي‌شود. از کربن نانوحفره‌اي هم مي‌توان در الكترودها استفاده نمود. كه در سال‌هاي اخير شکل‌هاي جديدي از آن ساخته شده است. كاتاليزورهايي كه داراي نانوذرات هستند نيز يكي ديگر از كاربردهاي نانو در زمينه پيل‌هاي سوختي است كه از آن در جداسازي الكترون/پروتون استفاده مي‌شود.

ضمناً گفتني است كه كاربرد BuckyPaper به صورت مادة الكترودي تركيبي (Combined) و پاية كاتاليزور (Catalyst Support) بسيار موفقيت‌آميز بوده و اين در حالي است كه نانوحسگرها هم جاي خود را در زمينة آشكار سازي هيدروژن در پيل‌هاي سوختي به دست آورده‌اند. در واقع بايد گفت بعد از سال‌ها كه تغييرات قابل توجهي در زمينة پيل‌هاي سوختي وجود نداشت، فناوري نانو را مي‌توان از عوامل عمدة پيشرفت‌هاي اخير در اين زمينه دانست.

انرژي خورشيدي
امروزه انرژي خورشيدي كه داراي ابداعات جديد فناوري‌نانو مي‌باشد نيز همچون پيل‌هاي سوختي بسيار مورد توجه است. اما مشكلي كه تاكنون درباره توسعه انرژي خورشيدي علي‌رغم بازگشت سرمايه طولاني مدت آن وجود داشته، هزينه اوليه بالاي آن مي‌باشد كه بسياري را از اين كار باز داشته است. از سوي ديگر و بالعكس سيستم‌هاي فوتوولتاتيك Photovoltaic) طي سال‌هاي اخير شاهد توسعه‌اي سريع، هم در زمينه بهبود كارآمد واقع شدن و هم در راستاي كاهش هزينه‌هاي مربوط به آن بوده است.

تا مدتها بازده كار آن هم در محيط آزمايشگاه چيزي در حد ۳۰ درصد بود اما با بهره‌گيري از طول موج‌هاي چند گانه دانشمندان موفق به افزايش اين رقم تا ۵۰ درصد شدند. در اين زمينه روش‌هاي متعدد جديدي كه از نانوساختارهاي مختلف استفاده مي‌كنند نويدبخش توليد پانل‌هاي خورشيدي (Solar Panels) ارزان مي‌باشد، اگر چه كه بازدهي اين پانلها در حد ۵ درصد ثابت است. به اين منظور استفاده از روش‌هاي لوله‌اي (roll Processes) و حتي رنگ‌آميزي موادي كه روي ديوار بلوك‌هاي اداري واقعند مورد بحث قرار گرفته است. جالب اينكه حتي برخي پيش بيني كرده‌اند كه موادي با بازده بهتر از انواع پيل‌هاي سيليكوني امروزي توليد شود هزينة آن كه يک دهم تا يک بيستم قيمت اوليه اين قبيل پيل‌ها مي‌باشد.